吳庭天，楊眾養(yǎng)，陳宗鑄，雷金睿，陳小花，李苑菱

（海南省林業(yè)科學(xué)研究院，海南?？?571100）

紅樹林森林是陸地向海洋過(guò)度的特殊生態(tài)系統(tǒng)，其作為熱帶海岸特有的景觀之一，不僅物種豐富多樣，而且具有較高的生產(chǎn)能力和生態(tài)保護(hù)功能，在當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)中的地位不可估量。當(dāng)今，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人工砍伐、圍墾養(yǎng)殖、過(guò)度捕撈和采集、水質(zhì)污染、基建占用、外來(lái)物種入侵、病蟲害頻發(fā)等問(wèn)題日益突出，導(dǎo)致紅樹林森林生態(tài)環(huán)境破碎化現(xiàn)象日益明顯[1]。紅樹林森林資源面臨著前所未有的生態(tài)環(huán)境危機(jī)，它的健康狀況直接影響著當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。為此，針對(duì)熱帶紅樹林森林展開(kāi)健康評(píng)估研究對(duì)海南省意義非凡。

森林生態(tài)系統(tǒng)健康和恢復(fù)（Forest Ecosystem Health/Restoration）簡(jiǎn)稱森林健康，是西方國(guó)家針對(duì)森林生態(tài)危機(jī)，循序漸進(jìn)發(fā)展出來(lái)的概念，旨在對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)有更全面、科學(xué)的研究及管理。在近幾十年，全球的研究學(xué)者對(duì)森林健康的定義、評(píng)估方法等進(jìn)行了積極的探索和實(shí)踐。德國(guó)在20 世紀(jì)60年代首次提出森林健康狀態(tài)的概念，并建立森林健康狀態(tài)的調(diào)查監(jiān)測(cè)和分析評(píng)估體系；加拿大在20 世紀(jì)80 年代中期開(kāi)始在全國(guó)建立了由150 個(gè)樣地組成的網(wǎng)絡(luò)對(duì)森林健康進(jìn)行評(píng)估[2]；20 世紀(jì)90 年代美國(guó)通過(guò)“森林生態(tài)系統(tǒng)健康和恢復(fù)法”對(duì)森林、濕地等進(jìn)行了重新評(píng)估，并在“綜合治理”的框架上提出了森林健康理論。中國(guó)于2002 年與美國(guó)展開(kāi)森林健康合作，選取5 個(gè)省份設(shè)立試點(diǎn)，開(kāi)展森林健康的調(diào)查研究及評(píng)估工作。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，世界各國(guó)對(duì)森林健康的概念已從初期的森林病蟲害防治等樸素的概念，發(fā)展到20 世紀(jì)80 年代的林分水平概念，再到如今涉及森林群落、森林生態(tài)系統(tǒng)、森林景觀等在內(nèi)復(fù)雜的系統(tǒng)概念。對(duì)于森林健康的認(rèn)知，需要綜合森林生態(tài)系統(tǒng)的空間尺度、時(shí)間尺度及人類需求等諸多方面，才能更加科學(xué)、合理的管控森林資源[3-4]。

在森林健康評(píng)價(jià)方法上，國(guó)內(nèi)外專家根據(jù)自身研究成果，提出了不同的評(píng)估模式。從早期的定性評(píng)估法發(fā)展到現(xiàn)今利用多種技術(shù)方法和手段相結(jié)合的評(píng)估。如R.Costanza 等[5]為代表的以活力（vigor）、組織結(jié)構(gòu)（organization） 和恢復(fù)力（resilience）為基礎(chǔ)的指標(biāo)體系，中國(guó)肖風(fēng)勁[6]、陳高[7]、李秀英[8]、甘敬[9]等對(duì)此體系做了深入的研究，從生產(chǎn)力、組織結(jié)構(gòu)、土壤情況、森林經(jīng)營(yíng)小班尺度、干擾等不同維度對(duì)指標(biāo)進(jìn)行的篩選，取得了良好效果；Thomiann 等通過(guò)對(duì)污染物和氣候變化影響的研究，提出森林生態(tài)系統(tǒng)健康中可檢測(cè)的各種污染物(一般污染物、重金屬、二氧化硫、光化學(xué)、酸性降水、氟化、亞硫酸鹽、硝酸)，并提出新的氣候變化的指標(biāo)地衣[10]；Dash 通過(guò)衛(wèi)星和無(wú)人機(jī)的遙感數(shù)據(jù)對(duì)森林健康進(jìn)行評(píng)估[11]；鄧須軍等采取層次分析法（AHP）、熵權(quán)法和模糊綜合評(píng)價(jià)法從3 個(gè)層次，18 個(gè)指標(biāo)來(lái)構(gòu)建海南森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并得出海南省森林資源處于優(yōu)質(zhì)健康水平的結(jié)論[11]；段翔等通過(guò)構(gòu)建SOM 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，從結(jié)構(gòu)完整性、可持續(xù)性、功能穩(wěn)定性和系統(tǒng)活力性4 個(gè)方面，采用主成分分析法對(duì)新化縣構(gòu)建森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[12]；賴雨歡和鄧必平等采用層次分析法和模糊綜合法，結(jié)合森林資源二類調(diào)查結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)大圍山國(guó)家森林公園森林進(jìn)行健康等級(jí)評(píng)定[13]；另外楊雪春[14]、劉芬[15]、田耀武[16]等分別采用GIS 及遙感等不同方法對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)健康水平進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

在森林生態(tài)系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)中，不僅涉及森林生態(tài)系統(tǒng)中多種因素定性、定量參數(shù)的變量，而且各因素之間又存在復(fù)雜的相互作用，可以說(shuō)是一個(gè)復(fù)雜的非線性體系。因此，文章通過(guò)復(fù)合結(jié)構(gòu)和功能指標(biāo)評(píng)價(jià)法，以?？谑袞|寨港紅樹林作為研究主體，結(jié)合相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)并從中篩選具有代表性的指標(biāo)建立東寨港紅樹林生態(tài)系統(tǒng)健康的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，驗(yàn)證該指標(biāo)體系的正確性、科學(xué)性和實(shí)用性，為后續(xù)熱帶森林生態(tài)價(jià)值的評(píng)估體系研究工作提供積累及幫助。

1 研究區(qū)概況

“海南東寨港紅樹林國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)（以下簡(jiǎn)稱東寨港保護(hù)區(qū)）”位于海南省東北部的港灣內(nèi)，地處19°51′～20°1′N，110°32′～110°37′E，是以保護(hù)紅樹林濕地為主的北熱帶邊緣河口港灣和海洋灘涂生態(tài)系統(tǒng)及越冬鳥類棲息的重要自然保護(hù)區(qū)，也是中國(guó)目前面積最大的一片沿海灘涂森林（圖1）。保護(hù)區(qū)總面積3337.6hm2，其中核心區(qū)面積1635hm2、緩沖區(qū)面積1167.1hm2、實(shí)驗(yàn)區(qū)面積535.5hm2。其中：紅樹林面積1578.2hm2、灘涂面積1759.4hm2。

東寨港保護(hù)區(qū)地處北回歸線以南，屬熱帶季風(fēng)氣候，海拔區(qū)間0m～7m；年均氣溫在23.3℃～23.8℃之間；年均相對(duì)濕度85%；太陽(yáng)年輻射量約為253kJ/cm2；年均降水量1676.4mm；海水表層年均溫度24.5℃，潮型為規(guī)則的全日潮。保護(hù)區(qū)內(nèi)分布有紅樹林植物19 科35 種，占全國(guó)紅樹林植物種類的97%。其中水椰(N.fruticans Wurmb)、紅欖李(Lumnitzera littorea(Jack.)Voigt)、海南海桑(Sonneratia hainanensisKO)、卵葉海桑(Sonneratiaovata) 、擬海桑(Sonneratia paracaseolaris)、木果楝(Xylocarpus granatum)、正紅樹(Rhizophora apiculata)和尖葉鹵蕨(Acrostichum speciosumWilld.)為珍貴樹種。保護(hù)區(qū)內(nèi)有鳥類204 種，其中珍貴的有黑臉琵鷺(Platalea minor)、褐翅鴉鵑(Centropus sinensis)、黑嘴鷗(Larus saundersi)、游隼(Falco peregrinus)等。軟體動(dòng)物115種、魚類119 種、蟹類70 多種、蝦類40 多種。

圖1 研究區(qū)域位置Fig.1 Schematic diagram of study area location

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地的選取

該研究以森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在東寨港紅樹林分布范圍內(nèi)隨機(jī)篩選100 個(gè)小班來(lái)進(jìn)行森林健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)例研究（圖2）。涉及外業(yè)的調(diào)查項(xiàng)目有結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、生物多樣性、主要樹種調(diào)查、有機(jī)質(zhì)含量、自然度及調(diào)查區(qū)標(biāo)準(zhǔn)地害蟲統(tǒng)計(jì)等。

圖2 研究區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)地分布Fig.2 Standard ground distribution of the research area

2.2 紅樹林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

2.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

森林生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，影響森林健康狀態(tài)的各因素之間又存在復(fù)雜的相互作用。對(duì)于森林生態(tài)系統(tǒng)健康的評(píng)價(jià)，可以從結(jié)構(gòu)和功能作為研究的切入點(diǎn)，采用Constanza 等研究小組提出的生態(tài)健康指數(shù)模型（HI=V·O·R），即活力、恢復(fù)力、組織結(jié)構(gòu)，結(jié)合指標(biāo)權(quán)重來(lái)建立東寨港紅樹林的健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其中活力（Vigor）是指生態(tài)系統(tǒng)的能量輸入和營(yíng)養(yǎng)循環(huán)容量，具體指標(biāo)為生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力和物質(zhì)循環(huán)；恢復(fù)力（Resilience）是指脅迫消失時(shí)，系統(tǒng)克服壓力及反彈回復(fù)的容量；組織（Organization）是指系統(tǒng)的復(fù)雜性，會(huì)隨生態(tài)系統(tǒng)的次生演替而發(fā)生變化和作用。

2.2.2 森林健康評(píng)價(jià)方法

以小班為單位，采用以下數(shù)學(xué)公式對(duì)東寨港紅樹林進(jìn)行健康判定。

其中Yi——第i號(hào)小班森林健康評(píng)價(jià)得分；Xij——第i號(hào)小班第j個(gè)指標(biāo)森林健康等級(jí)得分；Wj—— 第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)值；i——小班號(hào)；j——森林健康評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.3 指標(biāo)體系的建立

2.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取及權(quán)重

在構(gòu)建東寨港紅樹林森林健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系過(guò)程中，使用定量分析和定性分析相結(jié)合的方法[15]，依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選原則對(duì)森林健康的指標(biāo)進(jìn)行選擇，并對(duì)所選擇的指標(biāo)采用層次分析法計(jì)算確認(rèn)權(quán)值。選取的指標(biāo)及權(quán)重值，如下表所示。

表1 東寨港紅樹林生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重值Tab.1 Evaluation index and weight of mangrove ecosystem in dongzhai port

2.3.2 森林健康等級(jí)劃分

根據(jù)東寨港紅樹林林木的生長(zhǎng)發(fā)育、外觀表象特征及土壤理化性質(zhì)等綜合情況來(lái)評(píng)定森林健康等級(jí)劃分，并根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)分值法以小班為單位計(jì)算指標(biāo)分值，取值越大，健康程度越高，如下表。

表2 紅樹林健康等級(jí)劃分Tab.2 Classification of health of mangrove ecosystem

3 結(jié)果與分析

結(jié)合生態(tài)健康指數(shù)模型和層次分析法，對(duì)東寨港紅樹林選取的100 個(gè)小班進(jìn)行健康評(píng)價(jià)，如表3所示。按照健康等級(jí)的劃分，健康小班個(gè)數(shù)19 個(gè)，面積占比60.12%；亞健康小班個(gè)數(shù)68 個(gè)，面積占比30.16%；中健康小班個(gè)數(shù)11 個(gè)，面積占比8.62%；不健康小班個(gè)數(shù)2 個(gè)，面積占比1.1%。總體上看，東寨港紅樹林健康等級(jí)整體處于健康級(jí)和亞健康級(jí)，其總體健康狀況良好。

表3 東寨港紅樹林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.3 Results of mangrove ecosystem health assessment in Dongzhai port

從圖3 可以看出，研究區(qū)域中2 個(gè)不健康小班都分布在保護(hù)區(qū)范圍的邊緣地區(qū)，距離村莊較近，土地利用屬性均為養(yǎng)殖塘，人為干擾大；中健康小班同樣分布于保護(hù)區(qū)及陸地邊緣地帶，主要為退塘還濕的養(yǎng)殖塘及海岸線最外圍稀疏紅樹林地；亞健康小班數(shù)量最多，其土地利用屬性多為零星分布、斑塊破碎化的紅樹林地，大多分布于紅樹林溝槽周邊及陸海交界地帶，干擾主要來(lái)自漁民作業(yè)及熱帶風(fēng)暴；評(píng)價(jià)結(jié)果中健康小班主要分布在保護(hù)區(qū)紅樹林主體區(qū)域，其面積較大，功能結(jié)構(gòu)完整，人為干擾較少，在面對(duì)外界壓力時(shí)具有較強(qiáng)的抗干擾及修復(fù)能力。

圖3 東寨港紅樹林健康評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.3 Schematic diagram of health assessment results of mangrove ecosystem in Dongzhai port

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

在基于森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用森林健康狀況的指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法對(duì)海南東寨港紅樹林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。東寨港紅樹林健康等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，研究區(qū)域中健康、亞健康、中健康和不健康的面積比分別為60.12%、30.16%、8.62%和1.1%。其中，健康級(jí)和亞健康級(jí)占到總比值的90.28%，說(shuō)明東寨港地區(qū)森林健康狀況總體表現(xiàn)良好，也進(jìn)一步說(shuō)明該研究選取的指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)方法基本能夠客觀地描述東寨港紅樹林的健康狀況，可以為后續(xù)熱帶森林生態(tài)價(jià)值的評(píng)估體系研究提供一定的幫助。

4.2 討論

森林健康研究的關(guān)鍵問(wèn)題是評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取。森林生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，該研究?jī)H基于森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行評(píng)估，必定存在偏差。對(duì)于熱帶森林生態(tài)價(jià)值的評(píng)估還需要對(duì)其他森林進(jìn)行深入研究，利用新技術(shù)，采集更多生態(tài)因子，科學(xué)選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)，最終建立一個(gè)健全、普適性高的熱帶森林生態(tài)價(jià)值的評(píng)估體系。